一种皮秒精度数字采集板卡通道扩展及实现装置

本发明涉及高精度时间测量领域，具体涉及一种皮秒精度数字采集板卡通道扩展及实现装置。

背景技术：

1、现代科学技术的进步离不开高精度时间测量，如医疗影像、高能物理、量子通信、荧光寿命成像、时间相关光子计数器、激光雷达等。在一些应用中，如荧光寿命成像、医疗影响、单光子雷达成像等领域要求能够实现在相同的参考时刻和系统时钟下进行多通道同时测量。

2、现有技术中采集板卡通常是将所有时间标签发送到上位机，然后再在上位机进行直方图统计，传输的数据量大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种皮秒精度数字采集板卡通道扩展及实现装置。

2、为达成上述目的，本发明及其优选实施例采用如下技术方案但实施例不限于下述方案：

3、方案一，一种fpga，其适于应用于采集板卡，所述采集板卡适于与所述通信板卡通信，所述采集板卡还包括tdc，所述tdc适于将采集到的时间标签发送到fpga，fpga包括

4、直方图统计模块，其适于接收所述时间标签并适于对所述时间标签进行直方图统计，

5、fifo模块，其适于存储所述直方图统计模块统计完成后的数据；

6、数据发送模块，其适于在接收到通信板卡发出的接收指令时，将所述fifo模块内的数据发送给所述通信板卡。

7、方案二，基于方案一，所述直方图统计模块的数量为2-3个，所述fifo模块的数量与所述直方图统计模块的数量相同并一一对应，所述数据发送模块为一个。

8、方案三，一种采集板卡，包括tdc和如方案一或方案二所述的一种fpga，所述tdc适于将采集到的时间标签发送到fpga。

9、方案四，基于方案三，所述直方图统计模块的数量为2-3个，所述fifo模块的数量与所述直方图统计模块的数量相同并一一对应，所述tdc适于将采集到的时间标签发送给各所述直方图统计模块，所述数据发送模块适于在接收到通信板卡发出的接收指令时，将各所述fifo模块内的数据发送给所述通信板卡。

10、方案五，一种采集装置，包括通信板卡和至少一个如方案三或方案四所述的采集板卡，各所述采集板卡均适于与所述通信板卡通信。

11、方案六，基于方案五，所述通信板卡包括第二fpga和usb，所述第二fpga包括一通信板数据接收模块和一数据接收fifo，所述通信板数据接收模块控制数据发送模块与所述数据接收fifo的逻辑关系，以将数据发送模块的数据存储到数据接收fifo，所述usb适于将数据接收fifo存储的数据发送到上位机。

12、方案七，基于方案六，还包括比较模块、第一缓冲器、晶振和第二缓冲器，所述比较模块适于接收输入的trig信号，且其输出差分信号，所述第一缓冲器适于接收所述差分信号并转成多路输出信号以作为每个所述采集板卡的触发信号；所述第二缓冲器适于将所述晶振的时钟信号转化成多路时钟信号，以为整个所述采集装置提供一致的时钟信号。

13、方案八，一种皮秒精度数字采集板卡通道扩展及实现装置，包括上位机和如方案五至方案七任一项所述的一种采集装置，所述上位机适于接收所述通信板卡发出的数据。

14、方案九、一种采集方法，基于方案六或方案七所述的一种采集装置，在一帧直方图统计周期内，将直方图统计周期进行n等分，n为与所述通信板卡通信的所述采集板卡的数量，在每个等分时间片内分别控制所述数据接收fifo与其中一个数据发送模块连接。

15、方案十，一种事件统计方法，

16、步骤1：利用采集板卡上的多通道tdc采集时间标签；

17、步骤2：采集板卡将每个通道采集的时间标签进行直方图统计，以获取各通道经由直方图统计后的第一数据，并将各第一数据发送；

18、步骤3：接收各通道的第一数据并存储至数据接收装置。

19、由上述对本发明及其优选实施例的描述可知，相对于现有技术，本发明的技术方案及其优选实施例由于采用如下技术手段从而具备如下有益效果：

20、1、方案一及其实施例中，一种fpga，其适于应用于采集板卡，采集板卡适于与通信板卡通信，采集板卡还包括tdc，tdc适于将采集到的时间标签发送到fpga，fpga包括直方图统计模块、fifo模块和数据发送模块，直方图统计模块适于接收时间标签并适于对时间标签进行直方图统计，fifo模块适于存储直方图统计模块统计完成后的数据；数据发送模块适于在接收到通信板卡发出的接收指令时，将fifo模块内的数据发送给通信板卡；通过将直方图统计功能下沉到每块采集板卡上的fpga，当具有多个采集板卡时，即可增加数据吞吐率。经由直方图统计模块统计完后的数据，相比原始数据的数据量，大大减小。

21、2、方案二及其实施例中，直方图统计模块的数量为2-3个，fifo模块的数量与直方图统计模块的数量相同并一一对应，数据发送模块为一个，由于在fpga内部进行高速的直方图统计需要用到ram资源，而每块fpga的ram资源有限，在每块fpga内部进行2-3通道的直方图统计是比较合理的安排，如果进行更多通道的直方图统计，将会牺牲每个通道直方图统计的bin长。

22、3、方案三及其实施例中，一种采集板卡，包括tdc和上述一种fpga，tdc适于将采集到的时间标签发送到fpga，其具有上述fpga所带来的有益效果。

23、4、方案四及其实施例中，直方图统计模块的数量为2-3个，fifo模块的数量与直方图统计模块的数量相同并一一对应，tdc适于将采集到的时间标签发送给各直方图统计模块，数据发送模块适于在接收到通信板卡发出的接收指令时，将各fifo模块内的数据发送给通信板卡，其具有上述fpga所带来的有益效果。

24、5、方案五及其实施例中，一种采集装置，包括通信板卡和至少一个上述的采集板卡，各采集板卡均适于与通信板卡通信，其具有上述采集板卡所带来的有益效果。

25、6、方案六及其实施例中，通信板卡包括第二fpga和usb，第二fpga包括一通信板数据接收模块和一数据接收fifo，通信板数据接收模块控制数据发送模块与数据接收fifo的逻辑关系，以将数据发送模块的数据存储到数据接收fifo，实现缓存，usb适于将数据接收fifo存储的数据发送到上位机，以使采集装置与上位机实现通讯。

26、7、方案七及其实施例中，比较模块适于接收输入的trig信号，且其输出差分信号，第一缓冲器适于接收差分信号并转成多路输出信号以作为每个采集板卡的触发信号，以同时触发每个采集板卡，使每个采集板卡开始工作。而差分信号作为第一缓冲器的输入，可以使第一缓冲器的输出通道间、输出与输入间时间抖动小，第二缓冲器适于将晶振的时钟信号转化成多路时钟信号，以为整个采集装置提供一致的时钟信号，从而保证所有通道直方图统计区间的完全同步。

27、8、方案八及其实施例中，一种皮秒精度数字采集板卡通道扩展及实现装置，包括上位机和上述一种采集装置，上位机适于接收通信板卡发出的数据，其具有上述采集装置所带来的有益效果。

28、9、方案九及其实施例中，一种采集方法，基于方案六至方案七的一种采集装置，在一帧直方图统计周期内，将直方图统计周期进行n等分，n为与通信板卡通信的采集板卡的数量，在每个等分时间片内分别控制数据接收fifo与其中一个数据发送模块连接，通过该方法可充分利用fifo资源。

29、10、方案十及其实施例中，一种事件统计方法，包括以下步骤，步骤1：利用采集板卡上的多通道tdc采集时间标签；步骤2：采集板卡将每个通道采集的时间标签进行直方图统计，以获取各通道经由直方图统计后的第一数据，并将各第一数据发送；步骤3：接收各通道的第一数据并存储至数据接收装置，通过将直方图统计功能下沉到每块采集板卡上的fpga，当具有多个采集板卡时，即可增加数据吞吐率。